[인더스트리뉴스 김관모 기자] 모션컨트롤은 산업 자동화의 핵심이자 꽃이라고 일컬어진다. 하지만 오늘날처럼 산업 구조가 다양하고 복잡해진 가운데 모션컨트롤을 제대로 정의 내리기는 점점 어려워지고 있다. 그만큼 다양한 모션컨트롤 기술이 발전하고 있는 것이다.

제조 산업이 빠르게 발전할수록 모션컨트롤 산업은 한발 앞서 나가야만 한다. 국내 제조업이 차츰 하락세를 겪고 있다는 지표가 계속 나오고 있지만, 자동화 기술이 고도로 발전하면서 모션컨트롤 시장은 여전히 성장세를 지속하고 있다. 그래서 모션컨트롤 기업들은 시장에 적응하기 위해 노력해야 하며, 자신들만의 강점을 키워 경쟁력을 갖춰야 하는 과제를 안고 있다. 모션컨트롤 시장은 계속 발전하고 확대될 것이지만 그 파이를 얻을 수 있는 업체는 한정돼있다. 그렇다면 현재 모션컨트롤 시장은 어디까지 와있을까? 그리고 앞으로 어떻게 변하게 될까?

모션컨트롤 기업들은 시장에 적응하기 위해 노력해야 하며, 자신들만의 강점을 키워 경쟁력을 갖춰야 하는 과제를 안고 있다. [사진=dreamstime]

30조원 바라보는 모션컨트롤 시장… 빨라지는 제조업의 변화

영국의 시장조사업체 Interact Analysis에 따르면 미중 무역분쟁과 코로나 바이러스 팬테믹 현상 등으로 2019년 세계 모션컨트롤 시장(GMC, CNC 기준)은 3.8% 감소하면서 다소 주춤하는 모습을 보였다고 밝혔다. 그러나 2023년까지 150억 달러(약 18조원)에 이를 것이라고 내다봤다. 한편, 리서치앤드마켓 리포트와 지온마켓리서치는 2022년까지 전세계 모션컨트롤 시장(AC모터, 모터, 모션컨트롤러, 드라이브 및 애플리케이션 포함)이 228억 달러(약 28조3,176억원)까지 발전할 것이라고 밝혔다. 성장률도 매년 5% 이상을 기록하고 있다.

1980년대부터 지금에 이르기까지 산업 자동화는 고도로 성장했으며, 이제는 자동화를 넘어 스마트팩토리와 디지털 트랜스포메이션으로 향해가고 있는 시기다. 앞서가는 선진 제조업체들은 남보다 더 빨리 가는 게 아니라 선도적으로 산업을 이끌어가기 위해서 다양한 전략을 펼치고 있다. 이뿐만 아니라 전기자동차와 자율주행자동차 등 미래형자동차의 등장과 2차전지 산업이 크게 성장할 것으로 예상되면서 제조업체들은 더 우수한 자동화 장비를 갖추기 위해 치열하게 경쟁하고 있다. 그 핵심에는 빠르게 정밀하게 기계를 제어할 수 있는 모션컨트롤 기술이 필수다.

세계 모션컨트롤러 시장 규모 추이 [자료=Interact Analysis]

또 하나 눈여겨볼 점은 시스템 반도체의 발전이다. 특히 국내에서는 삼성전자가 ‘반도체 비전 2030’을 발표하고 비메모리 반도체 시장의 글로벌 1위를 목표로 133조원을 투자하겠다고 밝혔다. 저장을 주요 기능으로 하는 메모리반도체와 달리 연산과 제어 등 정보처리 기능을 주된 기능으로 한다. 시스템반도체는 전력의 소비를 효율적으로 배분하고 최소화한다는 점, AI 기술의 핵심인 학습과 추론을 구현하는 복잡한 과정을 적합하게 처리할 수 있다는 점 때문에 미래먹거리로 각광받고 있다.

따라서 이 시스템 반도체를 활용한 모션컨트롤 기술도 관심을 받고 있다. 국내 모션컨트롤 업체 중 하나인 파익스의 정만교 부장은 “시스템반도체는 메모리 CPU 내에 고객이 원하는 기능을 집어넣어서 커스터마이징할 수 있는 것이 큰 특징”이라며, “모션컨트롤러의 이더넷 통신모듈과 모션칩, CPU 등의 기능을 통합한 칩을 개발하는 방안도 계획하고 있다”고 말했다.

이더넷/이더캣 기반의 모션컨트롤 시장의 급부상

네트워크 기술의 발전으로 모션컨트롤은 좀 더 콤팩트하고 다루기 쉬우면서 유연성이 좋은 기술들을 선호하게 됐다. 따라서 기존 PC기반으로 이뤄졌던 모션컨트롤은 이더넷(ethernet)과 이더캣(etherCAT)이라는 기술이 선호되고 있다. 특히 2000년대부터 개발돼 각광받고 있는 이더캣은 네트워크의 실시간 기능을 저해하지 않으면서 일반적인 인터넷 기술을 사용할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 또한, 호환성이 뛰어난 개방형 토폴로지라는 점, 고성능 저비용 통신방식이라는 점에서 널릴 활용되고 있다.

그동안 이더넷은 프레임이 최소 84바이트이기 때문에 애플리케이션 데이터 비율이 낮다는 단점이 있었다. 또한, 접속할 수 있는 스위치와 허브에 제한이 있어서 지연이 잦다는 점이 있었다. 반면, 이더캣은 각 슬레이브 노드마다 칩이 박혀있어서 직접 연결되기 때문에 빠른 구성이 가능하다.

이런 이점이 있음에도 불구하고 대부분의 사업장에서는 PC기반 모션컨트롤을 선호한다. 여전히 이더넷이나 이더캣에 대한 정보가 적거나 생소한 경우가 많기 때문이다. 그러나 센서 기술이 발전하고 IoT를 활용하는 경우가 늘어나면서 무겁고 큰 PC기반 기기만으로 공정을 진행하기 어려운 경우도 점차 발생하고 있다. 따라서 작고 가벼우면서 고성능을 지닌 기기의 활용도도 늘고 있다. 이에 전 세계적으로 이 프로토콜 시장도 다변화가 이뤄지고 있다.

etherCAT 기반의 모션컨트롤러의 모습. [사진=LS ELECTRIC]

외산에 치우친 국내 시장… 표준화 통한 지원 필요

한편, 모션컨트롤 시장이 확대되고 있다지만 사실 핵심 부품은 일부 기업들이 선점하고 있는 상태다. 특히 범용형 모션컨트롤(GMS)의 경우에는 야스카와와 미쓰비시, 산요전기 등 일본산 제품들이 40% 이상을 잡고 있다. CNC컨트롤러 같은 경우에는 화낙이 강자로 군림하고 있다. 그 뒤를 로크웰, 지멘스와 보쉬렉스로스 등 미국 및 유럽 기업들이 나머지를 차지하고 있다.

따라서 기술력이 뛰어나고 높은 가격의 드라이브 제품은 이런 기업들이 차지하고 있으며, 한국기업들은 이와 비교해 가격이 싼 컨트롤러나 액추에이터 같은 제품들을 공략하고 있다. 그러다보니 글로벌 시장에 비한 한국의 모션컨트롤 시장은 그리 크지 않은 상태다. 한국전자부품연구원에 따르면 2017년 기준으로 한국 컨트롤러 단품 시장은 1,200~1,800억원으로 추정되고 있으며, 이 가운데 모션컨트롤 기능을 제공하는 GMC나 CNC 시장은 240억원 정도다. 그나마도 약 70% 이상을 일본산 제품이 차지하고 있다.

또 하나 눈여겨볼 점은 로봇용 모션콘트롤(RMC) 시장도 커지고 있다는 점이다. 한국신용정보원에 따르면 국내 RMC 시장규모는 2013년 108억원에서 2016년 286억원까지 올랐으며, 2021년에는 1,450억원에 도달할 것으로 보이고 있다. 하지만 이 역시 주요 모터나 부품은 외산이 잠식하고 있다.

GMC 공급업체들의 글로벌 시장 점유율 [자료=Interact Analysis]

한국전자부품연구원의 정일균 지능로보틱스연구센터장은 “비교적 비싼 드라이브를 팔아야 수익이 남는데 값싼 컨트롤러를 팔아서는 수익을 내기가 어렵다”며, “특히 드라이브나 핵심 부품인 엔코더 프로토콜을 일본산이나 유럽산으로 쓴다면 이와 연계해야 하는 부품들도 대부분 같은 브랜드로 맞춰야 하기 때문에 경쟁하기 어려운 구조”라고 설명했다. 대체로 이들 제품들은 연계성 등의 문제 때문에 한 브랜드를 선호하는 경우가 많다는 것이다.

한편 유럽시장에서는 다양한 표준화 지원을 확대해가고 있다. 스마트 공장 확산을 위한 설비 상호운용성 표준(OPC UA)은 다양한 표준과의 협업을 통해 데이터 상호 운용성을 넓히고 있다. PLCopen외에도 MTConect, VDMA, AutomationML, 이더캣, PROFIBUS, Sercos, CAN in Automation(CiA) 등 산업 자동화를 위한 여러 표준에서 OPC UA를 채택하고 있다.

ABB, BECKHOF, Bosch Rexroth, OMRON, Phoenix, Siemens, Wago 등 유수의 자동화 기술 선도 기업은 모션 제어 기술을 위한 표준화된 국제 규격인 ‘IEC 61131-3 표준’을 지원하고 있다. 또한, 독일 ZWAV는 30여개의 상하수도 플랜트 구축에 Beckhof의 자동화 IDE인 TwinCAT 기반의 OPC UA 서버를 이용해 분산제어 장치 간 데이터 교환으로 독립적인 기동이 가능토록 하고 있었다. 한국에도 이 같은 표준화를 통해 비용을 감축하고 효과적으로 빅데이터를 수집할 수 있는 방안이 필요한 셈이다.

이를 위해 한국전자부품연구원에서는 오픈소스를 활용한 한국형 모션시스템 ‘KOSMOS’를 개발하기도 했다. 당시 개발을 담당했던 정일균 센터장은 “저가 모션컨트롤러를 대상으로 했기 때문에 지속적인 지원을 받는데 한계가 있었지만, 기업들과의 면담을 통해 사례를 모으고 있다”며, “이 사업을 지속해 외국산의 독점구조를 개선하고 도장 공정 및 물류 장비, 정밀 조립 장비 자동화의 국산화 실증도 추진하려 한다”고 말했다.

한국형 모션시스템 ‘KOSMOS’가 추진했던 IEC 6131-3을 지원하는 PLCopen 구성 체계 [자료=한국전자부품연구원]

정일균 지능로보틱스연구센터장은 한국형 오픈소스 모션시스템, 코스모스(KOSMOS) 개발을 진두지휘했던 연구원 중 한 명이었다. [사진=인더스트리뉴스]

현재 모션컨트롤 시장 현황을 어떻게 보는지.

우리나라는 오래전부터 제조업계에서 화낙 교과서로 공부를 하다보니 일본산을 많이 사용하는 경우가 많다. 그 외에 유럽산도 많지만 일본산이 절대적이다. 유럽 회사 제품들은 서로 호환이 되도록 범용성의 형태를 갖추기도 했지만, 일본 회사 제품들은 자기 회사 계열로만 쓸 수 있게 돼 있다.

게다가 산업적인 측면에서 보면 장비 가격이 많이 드는데 모션컨트롤러 원가가 장비에 비해 높지 않다. 물론 저렴한 것이 좋을 수는 있지만 수십억짜리 장비를 유치하면서 2~3천만원 짜리 컨트롤러를 10% 아끼겠다고 무조건 싼 제품을 쓰겠나? 유지보수가 잘 되고 신뢰성이 높은 것을 우선하기 때문에 고객사를 설득하기 쉽지 않을 거다.

최근에는 PC기반에서 이더캣 기반의 모션컨트롤러가 늘고 있는데.

이더캣의 장점은 일반적인 PC를 그대로 사용한다는 점이다. 메인을 바꿀 필요 없고 칩셋 하나만 받으면 된다. 다만 이더캣은 컨트롤러와 드라이브 혹은 IO를 네트워크로 글어오고 이어주는 것이기 때문에 이것들 역시 밀접하게 연계돼있어서 같은 제품을 써야 한다. 게다가 공장의 다른 설비들도 이 제품을 지원해야 하기 때문에 한계점도 있다.

한국전자부품연구원에서도 모션컨트롤과 관련해 한국형 오픈소스 모션시스템, 코스모스(KOSMOS, Korea Open Sourse MOtion System)을 개발했었다. 자세하게 어떤 내용인가?

코스모스는 모션 컨트롤 장치의 외국산 제품의 시장 독점지배구조를 개선하고 모션 제어 소프트웨어 플랫폼의 국제표준화하기 위해 2012년부터 진행됐었다. 이것은 PLC프로그래밍을 손쉽게 할 수 있는 오픈소스 에디터 ‘베레미즈(Beremiz)’를 벤치마킹한 것이다. 최근 PC기반이나 임베디드 모션컨트롤러는 소프트웨어를 기반으로 한다. 이를 위해 고속 실시간 제어와 산업용 네트워킹, 모션 라이브러리, 시스템 정보 통합정리 등을 갖춘 표준화된 모션컨트롤용 소프트웨어 플랫폼을 오픈소스로 구현하려는 것이 코스모스의 의의다.

대체로 장비들이 대체로 고가아기 때문에 기업들이 비용을 줄이려면 제어기와 소프트웨어 비용 정도다. 그래서 비용 부담이 없는 오픈소스를 활용하도록 하자는 계획도 있었다. 또한 이를 기반으로 GMC 성능과 신뢰성을 검증하고, 도장 공정 및 물류 장비, 정밀 조립 장비 자동화의 국산화 실증을 추진하기도 했다. 이 프로젝트에는 전자부품연구원과 한국생산기술연구원, 기계융복합기술연구조합을 비롯해 신성이엔지와 하이젠모터, 두림야스카와 등 국내업체들이 참여하기도 했다.

그 결과 Multi Axis 모션 라이브러리 4종, 개방형 임베디드 GMC H/W. KOSMOS 모션 통합 플랫폼, 물류 자동화 장비(Casete Crane) 제어 시스템 국산화 실증 및 적용 가능성 확보 등의 성과를 얻었다. 다만 다양한 기업사례들을 모으지 못하다보니 사업이 잠시 중단된 상태다. 올해부터는 로봇이 들어간 자동화 설비에도 적용해 사례를 모아서 기업들의 참여를 독려할 계획이다.

최근 모션컨트롤 관련 업체들의 현황은 어떠하다고 생각하나?

기업들은 새로운 기술을 개발하고 싶어도 여력이 되지 않기 때문에 정부 지원을 받고 싶어 하지만 쉽지 않다. 한 업체의 연구소장이 말하기를 “정통산업의 기업연구소는 거의 투자가 안된다”고 하더라.

회사가 수익이 나서 연구소에 지원금이 들어가야 하는데 현재 겨우 버텨나가거나 적자가 나는 상황에서 연구개발이 가능하겠느냐고 토로한다. 매출 2,000억원을 넘는 회사여도 실제 이익이 나지 않고 있기 때문에 투자가 어려운 상황이 이어진다. 특히 코로나 사태가 터지면서 직원을 자르느냐 마느냐 하는 상황에서 정부 지원 없이는 어렵다는 거다.

또하나는 원격지에서의 기술지원 형태를 늘려가려는 움직임이다. 이것은 코로나 사태와 관계 없이 라인에 변화가 생길 때 프로그래밍을 다시 할 때 기술지원을 함에 있어서 SI업체들이 수요자의 요구에 맞게 즉각 지원하려는 방안을 강구하고 있다. 그래서 직원들이 직접 대면하기보다는 원격지에서 빠르게 대응하는 서비스가 늘고 있다. 이에 우리 연구원에서도 이런 내용을 포함해서 개발을 준비하고 있다.